CN102506412A

CN102506412A - 一种流化床锅炉排渣热能回用的系统和方法

Info

Publication number: CN102506412A
Application number: CN2011102807187A
Authority: CN
Inventors: 周岩梅; 张琼; 许兆义; 刘伟富; 姚晓飞
Original assignee: Beijing Jiaotong University
Current assignee: Beijing Jiaotong University
Priority date: 2011-09-20
Filing date: 2011-09-20
Publication date: 2012-06-20
Anticipated expiration: 2031-09-20
Also published as: CN102506412B

Abstract

本发明公开了一种流化床锅炉排渣热能回用系统。该系统包括冷渣器、汽机凝汽器、除氧器、至少一级汽机抽汽回热装置以及空气预加热器，所述空气预加热器、除氧器以及至少一级汽机抽汽回热装置的热源来自于汽机的低压抽汽，所述至少一级汽机抽汽回热装置通过管路依次连接，所述汽机凝汽器的第一凝结水出口通过管路与所述冷渣器的冷却水进口连接，所述冷渣器的冷却水出口通过管路与所述至少一级汽机抽汽回热装置之一的出水管路连接，所述汽机凝汽器的第二凝结水出口通过管路与所述至少一级汽机抽汽回热装置的第一级汽机抽汽回热装置的进水口连接，所述至少一级汽机抽汽回热装置的最后一级汽机抽汽回热装置的出水口通过管路与所述除氧器的进水口连接。

Description

一种流化床锅炉排渣热能回用的系统和方法

技术领域

本发明涉及流化床锅炉技术领域，具体涉及一种流化床锅炉排渣热能回用的系统和方法。

背景技术

煤矸石是目前排放量最大的工业固体废弃物之一，具有低挥发分、高灰分、低热值和难燃烧等特点。煤矸石是煤矿在建井、开拓掘进、采煤和煤炭洗选过程中排出的含炭岩石，是煤矿建设、生产过程中伴生的废弃物。煤矸石一般占原煤产量的15％～20％，目前我国堆积总量已经达到40亿吨。

流化床燃烧技术是近二十几年逐渐发展起来的新型燃烧技术。它具有燃烧适应性好，可燃用矸石、炉渣、煤泥等劣质燃料，可采用炉内脱硫，氮氧化物排放量低等诸多优点，是目前国家鼓励发展的炉型。随着流化床锅炉技术的发展，流化床燃烧低热值、高灰份燃料的优势得到充分体现，逐渐成为低热值燃料的主流炉型。在燃烧低热值燃料的流化床锅炉中，尤其是在掺烧或纯燃烧煤矸石发电的循环流化床锅炉中，由于燃料的灰分含量很高，一般在40％以上，因此锅炉的排渣量很大。以某台掺烧煤矸石、平均入炉灰分约为40％的75t/h中温中压流化床燃煤锅炉为例，每天的排渣量接近90吨。由于流化床锅炉的排渣的温度较高，一般在800～900℃，因此，锅炉排渣的热能回用成为燃烧高灰份燃料的流化床机组节能降耗的重要手段之一。

目前流化床燃煤电厂的排渣冷却方式主要是采用风冷、水冷、风冷和水冷联合等三种方式。风冷式冷渣器是利用高压冷空气对锅炉排渣进行流化和冷却，其优点是传热效率高，加热后的空气可以作为二次风送入炉膛助燃，缺点是能耗高、空气量大、管道磨损厉害、设备故障率高等。由于其能耗很高，虽然排渣热能得到部分回用，但是从总体经济平衡上来说，节能的效益并不好，在排渣量比较大的情况下，甚至不节能。因此，应用风冷式冷渣器的电厂并不是很多。水冷式冷渣器是目前流化床电厂应用最多的冷渣器形式，比较常用的如水冷滚筒式冷渣器、水冷多管式冷渣器等。水冷式冷渣器是利用低温水对锅炉排渣进行冷却，其优点是设备结构简单，故障率低、维护方便，能耗很低，缺点是设备体积较大、传热效果相对较差、对大块渣的冷却效果较差等。目前，采用绝大多数采用水冷式冷渣器的流化床电厂，冷渣器的冷却水源为工业水水源，冷渣器的出水直接或者间接排掉，排渣的热能没有或者并没有充分的利用。少部分电厂用除盐水作为冷渣器的水源，用来加热锅炉的给水。在实际运行过程中，由于锅炉给水和排渣量不是很匹配，冷渣器的出水温度很难控制，造成冷渣效果不是很好，同时热能的有效回用率也不是很高。

发明内容

本发明的目的在于提出一种流化床锅炉排渣热能回用的方法和系统，通过该方法和系统可以充分的回用流化床锅炉的排渣热能，有效地提高锅炉机组的整体效率，降低煤耗；同时还可以提高空气预热器进口的空气温度，有效地降低空气预热器的低温腐蚀。

根据本发明，提供一种流化床锅炉排渣热能回用系统，该系统包括冷渣器、汽机凝汽器、除氧器、至少一级汽机抽汽回热装置以及空气预加热器，该系统利用低压抽汽为所述空气预加热器、除氧器以及至少一级汽机抽汽回热装置加热，所述至少一级汽机抽汽回热装置通过管路依次连接，所述汽机凝汽器的第一凝结水出口通过管路与所述冷渣器的冷却水进口连接，所述冷渣器的冷却水出口通过管路与所述至少一级汽机抽汽回热装置之一的出水管路连接，所述汽机凝汽器的第二凝结水出口通过管路与所述至少一级汽机抽汽回热装置的第一级汽机抽汽回热装置的进水口连接，所述至少一级汽机抽汽回热装置的最后一级汽机抽汽回热装置的出水口通过管路与所述除氧器的进水口连接。

优选地，所述冷渣器为水冷表面式冷渣器。水冷表面式冷渣器其工作原理为锅炉排出的热渣和冷却水通过金属壁面分隔开来，互相不直接接触；热渣通过热传导、对流和辐射等传热方式把热量首先传递给金属壁面，然后金属壁面主要通过导热和对流的传热方式把热渣传递的热量再传递给冷却水，这样就实现了热渣的水冷却。水冷表面式冷渣器具有冷却水不受污染、干式排渣、设备结构相对简单、故障率低等特点。常用的水冷表面式冷渣器为水冷滚筒式冷渣器、水冷多管式冷渣器、水冷移动床式冷渣器等多种形式，其中以水冷滚筒式冷渣器最为常见。在锅炉热排渣的冷却水为汽机的凝结水并且冷渣器的出水要返回到锅炉给水系统中去的情况下，必须要保证热渣冷却水不能被污染，所以需要采用水冷表面式冷渣器。

优选地，所述空气预加热器为表面凝汽式空气加热器。表面凝汽式空气加热器的工作原理为被加热的空气和高温蒸汽通过金属壁面分隔开来，互相不直接接触；高温蒸汽主要通过凝结和对流的传热方式把热量首先传递给金属壁面，然后金属壁面主要通过导热和对流的传热方式把蒸汽传递的热量再传递给被加热的空气，在传热过程中，蒸汽被凝结成凝结水。表面凝汽式空气加热器具有蒸汽和凝结水不受污染、传热效率高、设备体积小、结构相对简单等特点。在本发明中，由于加热冷空气的热源为汽机的抽汽，并且蒸汽的凝结水要返回到锅炉给水系统中去，因此必须要保证蒸汽和凝结水不能被污染，所以需要采用水冷表面式冷渣器。

优选地，所述空气预加热器的凝结水出口通过管路与所述冷渣器的冷却水出水管路连接。空气预加热器内的汽机抽汽的凝结水送入到冷渣机的冷却水出水管道中，是为了充分利用锅炉和汽机系统的热量，回收凝结水含有的热能，减少热能的冷端排放损失，提高整个机组的热能利用水平。

优选地，该系统进一步包括冷渣水泵、第一凝结水泵、第二凝结水泵和止回阀，所述冷渣水泵的进水口通过管路与汽机凝汽器的第一凝结水出口连接，所述冷渣水泵的出水口通过管路与冷渣器的冷却水进口连接；所述第一凝结水泵的进水口通过管路与所述空气预加热器的凝结水出口连接，所述第一凝结水泵的出水口通过管路与所述冷渣器的冷却水出水管路连接；所述第二凝结水泵的进水口通过管路与所述汽机凝汽器的第二凝结水出口连接，所述第二凝结水泵的出水口通过管路与所述至少一级汽机抽汽回热装置的第一级汽机抽汽回热装置的进水口连接；所述止回阀设置在所述冷渣器的出水管路中。

优选地，所述冷渣水泵和所述第一凝结水泵为变频调节水泵。

根据本发明，提供一种流化床锅炉排渣热能回用的方法，该方法包括：

利用流化床锅炉排渣的热能加热来自汽机凝汽器的一部分凝结水；

将所述加热后的凝结水送入至除氧器的进水管路中或多级汽机抽汽回热装置中的一级的进水管路中，以减少所述除氧器和汽机抽汽回热装置中所用的低压抽汽；

将所述减少的低压抽汽送入空气预加热器中对冷空气进行加热。

该方法把锅炉排渣的热能经过转换，以热空气的形式回送到锅炉的燃烧系统中。提高锅炉末级空气预热器进口的冷空气的温度可以提高锅炉的热效率、节约燃料、降低煤耗。据粗略测算，锅炉燃烧所需要的空气温度每提高10℃，锅炉燃烧系统将降低标准煤耗约3g/kg。提高锅炉末级空气预热器进口的冷空气的温度还可以有效地降低末级低空预器的低温腐蚀。末级空预器进口段的低温腐蚀，一直是锅炉设计和运行重点关注的问题之一。提高末级空气预热器进口的冷空气的温度是有效地降低末级低空预器的低温腐蚀重要措施之一，实践证明，随着空气温度的升高，空预器的低温腐蚀急剧降低，当空预器的入口空气温度高于80℃，基本上不会发生低温腐蚀。其次，提高空预器入口的空气温度，在相同的管壁温度的条件下，锅炉的排烟温度可以相应的降低，据测算，在通常的条件下，排烟温度每降低8℃，锅炉效率将增加1％。因此利用锅炉的排渣热来提高空预器入口的空气温度不但回收了排渣的热能，降低空预器的低温腐蚀，进一步讲，还可以降低排烟温度，节约了燃料，提高锅炉的热效率。

优选地，当将所述加热后的凝结水送入至除氧器的进水管路中时，控制所述加热后的凝结水的温度比接入点当地的饱和温度低2℃~20℃，且不低于所述除氧器的进口水温。

优选地，当将所述加热后的凝结水送入至多级汽机抽汽回热装置中的一级的进水管路中时，控制所述加热后的凝结水的温度比接入点当地的汽机抽汽回热装置的水温高2℃~15℃。

优选地，所述方法进一步包括，将所述空气预加热器中的低压抽汽放热后的凝结水与所述利用流化床锅炉排渣的热能加热后的凝结水混合。充分利用锅炉和汽机系统的热量，回收凝结水含有的热能，减少热能的冷端排放损失，提高整个机组的热能利用水平。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1）可以充分的回用流化床锅炉的排渣热能，有效地提高锅炉机组的整体热效率，节约燃料、降低煤耗。

2）可以提高末级空预器进口的空气温度，有效地降低空预器的低温腐蚀。

3）结构简单，可靠性高，工程实施容易。

4）充分利用原有的结构，十分适用于对现有锅炉的技术改造。

附图说明

图1为根据本发明实施例1的一种流化床锅炉排渣热能回用系统的结构示意图；

图2为根据本发明实施例2的一种流化床锅炉排渣热能回用系统的结构示意图；

图3为根据本发明实施例的一种流化床锅炉排渣热能回用方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本本发明作进一步详细叙述。

图1为根据本发明实施例1的一种流化床锅炉排渣热能回用系统的结构示意图。图中，1为流化床炉膛布风板，2为燃料进口，3为二次风口，4为流化床锅炉炉膛，5为尾部受热面，6为空气预热器，7为空气预加热器，8为第一凝结水泵，9为汽机凝汽器，10为第二凝结水泵，11为汽机抽汽回热装置，12为除氧器，13为冷渣水泵，14为止回阀，15为冷渣器。

在图1中，流化床锅炉炉膛4内燃烧所需要的燃料由燃料进口2送入，燃烧所需要的一次风从流化床炉膛布风板1的下部送入，二次风通过布置在流化床锅炉炉膛4中部的二次风口3送入，燃烧所产生的高温烟气经过尾部受热面5和空气预热器6的吸热降温后，从烟道下部排出。

在图1中，汽机凝汽器9中的一部分凝结水通过第二凝结水泵10进入到汽机抽汽回热装置11中，利用来自汽机的低压抽汽进行加热升温，升温后的凝结水进入除氧器12，在除氧器12中再次利用汽机的低压抽汽进一步加热到饱和温度，从而去除水中溶解的氧气。汽机凝汽器9中的一部分凝结水通过冷渣水泵13进入到冷渣器15的冷却水进水口中。该部分凝结水通过冷却来自流化床炉膛布风板1下面排出的高温热渣被加热升温。升温后的冷渣器15的冷却水出水送入到除氧器12的进水管道中。为了避免冷渣器的出水水温过低影响除氧器的除氧效果，冷渣器的出水温度应比接入点当地的饱和温度低2～20℃，且不低于除氧器的进口水温。优选地，在本实施例中，冷渣器的出水水温控制在比接入点当地的饱和温度低5℃。

相对于没有采用排渣热能回用方法的汽机抽汽回热系统11，采用排渣热能回用方法的汽机抽汽回热系统11的汽机抽气量要相应地减少，回热系统11减少的汽机抽汽量被送入空气预加热器7，用来提高空气预热器6进口的空气温度。空气预加热器7内汽机抽汽放热后的凝结水通过凝结水疏水泵8送入到冷渣器15的出水管道中，与冷渣器的出水混合后送入到除氧器12的进水管道中。为了防止冷渣器的出水倒流，在冷渣器的出水管道上设置有止回阀14。为了进行流量调节和实现冷渣器出口水温控制，凝结水疏水泵8和冷渣水泵13都采用变频调节方式。

图2为根据本发明实施例2的一种流化床锅炉排渣热能回用系统的结构示意图。

实施例2与实施例1的区别在于，在图2中，在除氧器前设有多级汽机抽汽回热装置11，冷渣器的出水即可以接入到除氧器12的进水管道中，也可以接入到除氧器12之前的某一级的低加回热系统的进水管道中。

当冷渣器的出水接入到除氧器12的进水管道中时，为了避免冷渣器的出水水温过低影响除氧器的除氧效果，冷渣器的出水温度应比接入点当地的饱和温度低2～20℃，且不低于除氧器的进口水温。优选地，在本实施例中，冷渣器的出水水温控制在比接入点当地的饱和温度低5℃。

在普通的水冷面式冷渣器的设计中，为了冷渣器的运行安全考虑，一般冷渣器的冷却水出水温度比冷渣器出水的饱和温度低10～30℃，当采用这种冷渣器时，或者采用原来的冷渣器进行排渣热能回用的系统改造时，为了避免冷渣器的出水水温过低影响除氧器的除氧效果，冷渣器的出水可以接入到除氧器之前的某一级的低加回热装置的进水管道中，当冷渣器的出水接入到除氧器12之前的某一级的低加回热装置的进水管道中时，冷渣器的出水温度应比接入点当地的回热装置的水温高2～15℃。

以某台75t/h中温中压燃煤流化床发电锅炉为例，燃料的低位热值为2450kCal/kg，灰分含量为36.6％，灰渣比为6：4，进入冷渣器的排渣温度为900℃，冷渣器的出渣温度为80℃。经测算，利用本发明提供的流化床锅炉排渣热能回用的方法，在排烟温度和其他条件保持不变的前提下，空预器的进口空气温度提高了18℃，锅炉的热效率提高了0.95％,每天可节约燃料约6.8吨，一年按运行300天计算，年节约燃料约2040吨。如果考虑排烟温度可以再降低10℃的话，锅炉效率将提高2.2％，年节约燃料量将达4700多吨。

在实际应用中，应根据各个电厂机组的具体实际情况，进行技术经济性比较后，优化确定冷渣器的出口水温、冷渣器出水的接入点的位置等一些重要参数，最终使本发明提出的排渣热能回用方法达到最佳的热能利用效果。

在步骤S11中，利用流化床锅炉排渣的热能加热来自汽机凝汽器的一部分凝结水。

在步骤S12中，将所述加热后的凝结水送入至除氧器的进水管路中或多级汽机抽汽回热装置中的一级的进水管路中，以减少所述除氧器和汽机抽汽回热装置中所用的低压抽汽。

在步骤S13中，将所述减少的低压抽汽送入空气预加热器中对冷空气进行加热。

根据本发明实施例，空气预加热器的热源来自于汽机的低压抽汽，空气预加热器为表面凝汽式空气加热器。在本发明中，通过冷渣器利用排渣含有的物理热能来加热汽机的冷凝水，此时，汽机抽汽回热系统必然减少相应的汽机低压抽汽量，为了更加有效地利用排渣的热能，回热系统相应减少的汽机抽汽量送入空气预加热器，通过空气预加热器对锅炉燃烧所需的空气进行预加热，用来提高进入锅炉末级空气预热器的冷空气的温度。这样，就把锅炉排渣的热能经过转换，通过空气预加热器以热空气的形式回送到锅炉的燃烧系统中。空气预加热器的热源来自于回热系统相应减少的汽机的低压抽汽，空气预加热器为表面凝汽式空气加热器。

根据本发明实施例，当将所述加热后的凝结水送入至除氧器的进水管路中时，控制所述加热后的凝结水的温度比接入点当地的饱和温度低2℃~20℃，且不低于所述除氧器的进口水温。

根据本发明实施例，当将所述加热后的凝结水送入至多级汽机抽汽回热装置中的一级的进水管路中时，控制所述加热后的凝结水的温度比接入点当地的汽机抽汽回热装置的水温高2℃~15℃。

优选地，所述方法进一步包括，将所述空气预加热器中的低压抽汽放热后的凝结水与所述利用流化床锅炉排渣的热能加热后的凝结水混合。根据本发明实施例，本发明采用了凝结水热能回用的方法，即凝结水通过水泵送入到冷渣机的冷却水出水管道中，最终进入到整个锅炉和汽机的热力循环系统中。

应当理解，以上借助优选实施例对本发明的技术方案进行的详细说明是示意性的而非限制性的。本领域的普通技术人员在阅读本发明说明书的基础上可以对各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。本发明的保护范围仅由随附权利要求书限定。

Claims

1.一种流化床锅炉排渣热能回用系统，该系统包括冷渣器（15）、汽机凝汽器（9）、除氧器（12）、至少一级汽机抽汽回热装置（11）以及空气预加热器（7），所述空气预加热器（7）、除氧器（12）以及至少一级汽机抽汽回热装置（11）的热源来自于汽机的低压抽汽，其特征在于，所述至少一级汽机抽汽回热装置（11）通过管路依次连接，所述汽机凝汽器（9）的第一凝结水出口通过管路与所述冷渣器（15）的冷却水进口连接，所述冷渣器（15）的冷却水出口通过管路与所述至少一级汽机抽汽回热装置（11）之一的出水管路连接，所述汽机凝汽器（9）的第二凝结水出口通过管路与所述至少一级汽机抽汽回热装置（11）的第一级汽机抽汽回热装置的进水口连接，所述至少一级汽机抽汽回热装置（11）的最后一级汽机抽汽回热装置的出水口通过管路与所述除氧器（12）的进水口连接。

2.如权利要求1所述的流化床锅炉排渣热能回用系统，其特征在于，所述冷渣器（15）为水冷表面式冷渣器。

3.如权利要求1所述的流化床锅炉排渣热能回用系统，其特征在于，所述空气预加热器（7）为表面凝汽式空气加热器。

4.如权利要求1所述的流化床锅炉排渣热能回用系统，其特征在于，所述空气预加热器（7）的凝结水出口通过管路与所述冷渣器（15）的冷却水出水管路连接。

5.如权利要求1所述的流化床锅炉排渣热能回用系统，其特征在于，该系统进一步包括冷渣水泵（13）、第一凝结水泵（8）、第二凝结水泵（10）和止回阀，所述冷渣水泵（13）的进水口通过管路与汽机凝汽器（9）的第一凝结水出口连接，所述冷渣水泵（13）的出水口通过管路与冷渣器（15）的冷却水进口连接；所述第一凝结水泵（8）的进水口通过管路与所述空气预加热器（7）的凝结水出口连接，所述第一凝结水泵（8）的出水口通过管路与所述冷渣器（15）的冷却水出水管路连接；所述第二凝结水泵（10）的进水口通过管路与所述汽机凝汽器（9）的第二凝结水出口连接，所述第二凝结水泵（10）的出水口通过管路与所述至少一级汽机抽汽回热装置（11）的第一级汽机抽汽回热装置的进水口连接；所述止回阀设置在所述冷渣器（15）的出水管路中。

6.如权利要求5所述的流化床锅炉排渣热能回用系统，其特征在于，所述冷渣水泵（13）和所述第一凝结水泵（8）为变频调节水泵。

7.一种流化床锅炉排渣热能回用的方法，其特征在于，该方法包括：

8.如权利要求7所述的流化床锅炉排渣热能回用的方法，其特征在于，当将所述加热后的凝结水送入至除氧器的进水管路中时，控制所述加热后的凝结水的温度比接入点当地的饱和温度低2℃~20℃，且不低于所述除氧器的进口水温。

9.如权利要求7所述的流化床锅炉排渣热能回用的方法，其特征在于，当将所述加热后的凝结水送入至多级汽机抽汽回热装置中的一级的进水管路中时，控制所述加热后的凝结水的温度比接入点当地的汽机抽汽回热装置的水温高2℃~15℃。

10.如权利要求7所述的流化床锅炉排渣热能回用的方法，其特征在于，所述方法进一步包括，将所述空气预加热器中的低压抽汽放热后的凝结水与所述利用流化床锅炉排渣的热能加热后的凝结水混合。